疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

土壤微生物生物量是土壤有机质的活性部分,是反映土壤质量和碳氮循环机制的重要指标。本文以青藏高原东北缘疏勒河源高寒草甸为研究对象,对土壤微生物生物量碳（SMBC, mg/kg）和微生物生物量氮（SMBN, mg/kg）的不同季节（春、夏、秋、冬）和土层（0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm）变化特征及其影响因素进行研究。结果表明：（1）不同土层SMBC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。（2）SMBC、SMBN随着土壤深度的增加而下降,0—10 cm层SMBC、SMBN显著高于40—50 cm层,且SMBC、SMBN0—10 cm层的季节变幅显著大于40—50 cm层。（3）0—50 cm土层SMBC/SMBN表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,其季节变化范围为8.77—23.59,处于较高水平。（4）SMBC、SMBN、SMBC/SMBN的季节和土层变化主要受植被地下生物量和土壤温度的影响。（5）各土层SMBC/SOC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN/TN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。除夏季土层间无显著差异外,SMBC/SOC与SMBN/TN均表现为0—10 cm层显著高于40—50 cm层。（6）0—50 cm土层SMBC/SOC夏秋季显著高于冬春季且其季节变化范围为0.58%—1.18%,而SMBN/TN秋冬季显著高于夏季且其季节变化范围为0.39%—0.72%。综上,季节变化和剖面深度均对SMBC、SMBN产生显著影响且0—10 cm土层对SMBC、SMBN的累积能力最强。     

模拟增温对青藏高原高寒草甸根系生物量的影响

在青藏高原高寒草甸布设模拟增温实验样地,采用土钻法于2012—2013年植被生长季获取5个土层的根系生物量,探讨增温处理下根系生物量在生长季不同月份、不同土壤深度的变化趋势及其与相应土层土壤水分、温度的关系。结果表明:(1)根系生物量在2012年随月份呈增加趋势,其中7—9月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为3810.88 g/m~2和4468.08 g/m~2;在2013年随月份呈减小趋势,其中5—6月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为4175.39 g/m~2和4141.6 g/m~2。增温处理下的总根系生物量高出对照处理293.97 g/m~2,而各月份总根系生物量在处理间的差值均未达到显著水平。表明在增温处理下根系生物量略有增加,但在生长季不同月份其增加的程度不同,致使年际间的增幅出现差异。(2)根系生物量主要分布在0—10 cm深度,所占百分比为50.61%。在增温处理下,0—10 cm深度的根系生物量减少,减幅为8.38%;10—50 cm深度的根系生物量增加,增幅为2.1%。相对于对照处理,增温处理下0—30 cm深度的根系生物量向深层增加,30—50 cm深度的根系生物量增加趋势略有减缓。可见,在增温处理下根系生物量的增幅趋向于土壤深层。(3)根系生物量与土壤水分呈极显著的递减关系,在增温处理下线性关系减弱;与土壤温度呈极显著的递增关系,在增温处理下线性关系增强。表明土壤水分、温度都可极显著影响根系生物量,但在增温处理下土壤温度对根系生物量的影响较土壤水分更为敏感而迅速。     

氮沉降下纳帕海草甸植被与土壤变化对微生物生物量碳氮的影响

为探明高原草甸土壤微生物对短期氮沉降的响应,以纳帕海典型高寒草甸云雾薹草群落为对象,野外原位布设低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(10 g N·m^-2·a^-1)和高氮(15 g N·m^-2·a^-1)3种施氮处理,研究氮沉降引起高寒草甸植物多样性及土壤性质变化对微生物生物量碳氮的影响。结果表明：氮添加显著增加土壤微生物生物量碳氮及其熵值,中氮处理下微生物生物量碳增量最高,达139.3%;微生物生物量碳氮的垂直变化表现为沿土层显著降低,降幅为24.1%～75.1%。氮添加显著提高群落地上生物量,降低Shannon和Simpson多样性,变幅达6.6%～65.4%;氮添加显著降低土壤pH,增加土壤有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量,且在中氮处理下变幅(7.0%～511.1%)最大;土壤pH随土层加深而增大,而其他理化指标则沿土层加深而显著减少,变幅达19.5%～91.2%。结构方程模型表明,土壤铵态氮、硝态氮和有机质对微生物生物量起促进作用,而土壤pH和植...     

模拟氮沉降对藏北高寒草甸温室气体排放的影响

目前,高寒草甸对全球温室效应的贡献仍具有不确定性,而随着N沉降的增加,该系统温室体气排放也必将发生变化。为揭示高寒草甸对N沉降的响应机制,探讨其对全球变化的反馈作用,利用人工添加氮素的方法,于2014年生长季(6-9月)在那曲地区那曲县设置不同水平N添加梯度(0、7、20kg hm~(-2)a~(-1)和40 kg hm~(-2)a~(-1)),模拟氮沉降增加对藏北高寒草甸温室气体排放的影响。经过1a的研究结果表明:1)施氮显著促进了CO_2排放但对CH_4的吸收和N_2O的排放无显著影响。总体而言,添加氮素明显增加了温室气体排放总量,其中N2O处理下高寒草甸温室气体排放总量最高。2)回归分析结果表明,CO_2与NPP(总生物量)和TOC(土壤有机碳)线性相关(P0.05),而与TN(总氮)、NH_4~+-N和NO_3~--N均无显著相关关系(P0.05),CH_4与TN/NPP/TOC/NH_4~+-N/NO_3~--N均不相关(P0.05),N_2O与NPP/TOC/NO_3~--N均显著线性相关(P0.05),而与TN/NH_4~+-N不相关。综合初步研究结果,未来氮沉降增加条件下,藏北高寒草甸温室气体排放通量将有可能明显增加,从而对气候变化产生重要的反馈作用。     

高寒草甸不同植被土壤微生物数量及微生物生物量的特征

用稀释平板法和氯仿熏蒸法研究了藏嵩草草甸、小嵩草草甸、矮嵩草草甸、禾草草甸、杂类草草甸及金露梅灌丛土壤的微生物数量、生物量及有机质的变化特征.结果表明:0～40 cm土层细菌和放线菌数量、微生物生物量碳和土壤有机质含量均以藏嵩草草甸最高,其微生物生物量及土壤有机质显著高于其它5种植被;真菌数量以金露梅灌丛最高;由表层到深层,随着土壤深度的增加以上各项指标均呈下降趋势.通径分析表明:土壤各生物环境因子之间存在着不同程度的相关性;土壤微生物数量、生物量及土壤有机质含量均与土壤水分含量存在显著的相关关系,说明土壤水分是调节高寒草甸生态系统土壤微生物代谢及物质转化的关键因子.     

高寒草甸植物碳氮组成及其稳定同位素特征

采用稳定同位素质谱仪Isoprime100,对采自黄河源区典型高寒草甸和人工改良草地的主要植物进行了碳、氮组成及其稳定同位素丰富度测定,判断植物光合类型,探讨稳定碳氮同位素丰富度对草地植被演替的响应。结果表明:(1)研究区58种主要植物碳元素含量在28.64%~51.55%之间,氮元素含量介于0.89%~4.04%,δ13 C值变化范围介于-29.50‰~-24.69‰,δ15 N值介于-4.57‰~8.32‰。(2)不同样地植物碳含量的大小顺序为人工草地(45.54%)未退化草甸(43.18%)轻度退化草甸(42.18%)严重退化草甸(39.68%),氮元素含量顺序为未退化草甸(2.30%)人工草地(2.28%)轻度退化草甸(2.13%)严重退化草甸(2.10%),表明草甸退化会引起植物碳氮含量的降低。(3)未退化草甸、人工草地、轻度退化草甸和严重退化草甸的δ13 C值依次为-25.63‰、-26.57‰、-26.76‰和-27.91‰,δ15 N值依次为-0.63‰、0.32‰、2.76‰和0.26‰。研究认为,黄河源区高寒草甸和人工改良草地的58种主要植物均属C3植物,没有发现C4和景天酸代谢(CAM)植物,低的年均气温可能是制约该区C4植物分布的主要因素;植物δ13 C值随草地退化程度加剧而逐渐降低,但δ15 N值的变化无规律性趋势。     

增温施氮对高寒草甸生产力及生物量分配的影响

在青藏高原高寒草甸区设置模拟增温和氮添加处理,研究长期增温与外源氮输入对高寒草甸群落生产及其分配的影响.结果表明:开顶箱增温装置造成小环境暖干化,即显著提高地表空气温度1.6℃,提高表层土壤温度1.4℃,降低土壤含水量4.7%.2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别降低地上生物量61.5%、108.8%和77.1%,在高氮(40和80kg N·hm^-2·a^-1)处理下增温对群落地上生物量无显著影响,这说明增温的影响依赖于氮添加水平,且施氮补偿了增温导致的土壤氮损失.增温导致根冠比增加,2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别增加根冠比98.6%、60.7%和97.8%.在不增温处理下,植物群落地上、地下生物量的变化率均表现出低氮(10、20 kg N·hm^-2·a^-1)促进、高氮抑制的趋势,达到饱和阈值时的氮添加剂量分别为56.0和55.5 kg N·hm^-2·a^-1;而在增温处理下,地上、地下生物量随施氮量增加呈线性增加趋势.这说明增温改变了高寒草甸生物量分配对外源氮输入的响应模式,增温导致的土壤无机氮含量变化是生物量分配模式改变的主要原因.由氮添加试验估算的高寒草甸氮饱和阈值表明,高寒草甸对氮输入的敏感性高于其他类型草地.     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

雅鲁藏布江上游高寒草甸地上生物量与多样性沿海拔梯度的变化特征

【目的】雅鲁藏布江是青藏高原最重要的河流,研究雅鲁藏布江的地上生物量和物种多样性对了解该区域的草地资源和生态保护具有重要意义。【方法】文章根据海拔梯度对雅鲁藏布江上游高寒草甸植被特征进行调查,研究不同海拔梯度下地上生物量和物种多样性的分布差异、地上生物量与物种多样性之间的关系,以及相关环境因子对地上生物量和物种多样性的影响。【结果】(1)海拔与地上生物量无显著关系;(2)海拔与多样性指数呈显著负相关关系,随海拔升高Shannon-Weiner指数、Patrick指数表现为下降趋势;(3)地上生物量与多样性之间表现为负相关关系,Shannon-Weiner指数对地上生物量的解释达到70%(P＜0.01);(4)物种多样性与温度和降水呈显著正相关关系(P＜0.05),物种多样性与海拔呈负相关关系(P＜0.05),地上生物量与海拔、温度和降水无显著关系(P＞0.05)。【结论】该研究结果有助于为雅鲁藏布江上游流域草地资源的合理利用和物种多样性保护提供依据。     

高寒草甸主要植物地上地下生物量分布及退化对根冠比和根系表面积的影响

研究高寒草甸主要植物地上地下生物量的分布及其对退化的响应有利于了解高寒草甸的退化过程。该研究首先在西藏那曲生态环境综合观测研究站小嵩草围栏内(2009年围封)选择原生植被较好的地点随机选择小嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(K.humilis)、紫花针茅(Stipa purpurea)、二裂委陵菜(Potentila bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)等5种植物斑块,选择退化斑块上(与原生植被相比)的二裂委陵菜和青藏苔草;然后用烘箱烘至恒重并称重,用扫描仪对根系进行扫描用于估算根系表面积;最后利用2因子方差分析检验不同物种个体、不同取样层次对地上和地下生物量的影响,利用物种和退化状态2因子方差分析检验对地上生物量的影响,以及利用物种、取样层次和退化状态3因子方差分析检验对二裂委陵菜和青藏苔草地下生物量、根冠比和根系表面积的影响。结果表明:在未退化条件下,小嵩草、矮嵩草和紫花针茅0~10cml地下生物量占0~30cm地下生物量的70%以上,0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的96%以上;二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)0~10cm地下生物量占0~30cml地下生物量的50%以上,其中二裂委陵菜0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的57%,青藏苔草0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的87%;对于退化草甸的主要植物,退化显著降低了二裂委陵菜的地上生物量、地下生物量和根冠比,对其根系表面积影响不大,但显著增加了青藏苔草的地上生物量,降低了其根冠比,对其地下生物量和根系表面积影响不大。     

巴郎山高山及亚高山草甸花卉植物生物量海拔梯度格局

采用野外调查方法,研究卧龙巴郎山高山及亚高山草甸不同海拔梯度下花卉植物生物量的变化格局,并进行土壤因子分析,结果表明:花卉植物地上生物量随海拔的升高呈单峰曲线变化,在3500 m处达到峰值,花-果、茎、叶生物量的变化趋势与地上生物量一致;地下生物量随海拔的升高呈U型曲线变化.随海拔的升高,土壤酸性增强,水解氮和全钾含量显著升高,土壤有机质、全氮和有效磷的含量显著降低,花卉植物地上生物量随土壤pH值及全氮、速效钾含量的升高显著增大;地下生物量随土壤有机质、有效磷含量的升高显著增大,随全钾、水解氮含量的升高显著减小.     

若尔盖草甸退化对土壤碳、氮和碳稳定同位素的影响

为了解不同退化阶段高寒草甸土壤碳、氮和碳稳定同位素的差异,对若尔盖湿地内沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸3个阶段土壤的碳、氮和碳稳定同位素进行了分析.结果表明:若尔盖湿地草甸土壤δ¹³C 值介于-26.21‰～-24.72‰之间,土壤δ¹³C 值随土层加深而增大.土壤δ¹³C 值与有机碳含量对数值呈线性负相关.表层土壤(0～10 cm)δ¹³C值大小顺序为草原化草甸>退化草甸>沼泽草甸,β值大小顺序为草原化草甸>沼泽草甸>退化草甸.沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸0～30 cm 土壤碳含量分别为105.32、42.11和31.12 g·kg^-1,氮含量分别为8.74、3.41和2.81 g·kg^-1,C/N分别为11.26、11.23和10.89.随着草甸的退化,土壤碳、氮呈降低趋势,退化草甸C/N值低于沼泽草甸和草原化草甸.随着土层深度加深,碳、氮含量呈现降低趋势.草甸退化导致的土壤δ¹³C 值差异主要发生在表层0～10 cm.3个退化阶段中,退化草甸土壤的β值和C/N最低,表明退化草甸土壤矿化作用较强.     

高寒草旬消费者种群稳定碳、氮同位素组成的海拔分异

通过测定青藏高原东部高寒区不同海拔主要植物和消费者种群（雀形目鸟类和小型哺乳类）的稳定碳、氮同位素比值,研究了高寒草甸消费者种群同位素组成特征及其影响因素。结果表明：植物平均稳定碳同位素随海拔升高表现出明显的增加趋势;消费者种群稳定碳、氮同位素随海拔的升高有明显的富集效应。雀形目鸟类种群稳定碳、氮同位素随海拔的升高均呈明显增加趋势;小型哺乳类稳定碳同位素随海拔上升不明显,而稳定氮同位素具有明显的增大趋势。消费者种群稳定碳、氮同位素沿海拔梯度的富集效应,一方面与植物稳定同位素在海拔梯度上的富集密切相关;另一方面与海拔和纬度变化所引起一系列环境因子的变化在一定程度上影响到动物的稳定同位素分布模式。另外,在高寒草甸地区,与雀形目鸟类相比,小型哺乳类在动物稳定同位素组成的代谢过程中更容易受到环境改变的影响。     

西藏那曲地区高寒草地地下生物量

矮嵩草草甸、藏北嵩草草甸及紫花针茅草原是那曲地区主要的草地类型,通过对其地下生物量的分布特征、地下/地上生物量的关系及其对土壤环境影响的研究发现:(1)这三类植物群落的地下生物量表现为总的T字形趋势下的锯齿状分布,主要分布在0~10cm的草皮层中,而且不同的退化草地,其地下的生物量也不同;(2)各群落的地下生物量和地上生物量密切相关,相关性均呈显著正相关。地下/地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。地上生物量的变化不大,而地下生物量变化显著;(3)在高山草甸土中,矮嵩草草甸的地下生物量和土壤的有机质,全N,碱解N的含量及土壤的容重呈相关关系,而与其他的土壤因子相关性不显著。(4)各群落的地下生物量的垂直分布特征及与土壤环境的关系是植物长期适宜高寒生境条件的结果和反映。     

短期氮素添加和模拟放牧对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸的影响

氮沉降和放牧是影响草地碳循环过程的重要环境因子,但很少有研究探讨这些因子交互作用对生态系统呼吸的影响。在西藏高原高寒草甸地区开展了外源氮素添加与刈割模拟放牧实验,测定了其对植物生物量分配、土壤微生物碳氮和生态系统呼吸的影响。结果表明:氮素添加显著促进生态系统呼吸,而模拟放牧对其无显著影响,且降低了氮素添加的刺激作用。氮素添加通过提高微生物氮含量和土壤微生物代谢活性,促进植物地上生产,从而增加生态系统的碳排放;而模拟放牧降低了微生物碳含量,且降低了氮素添加的作用,促进根系的补偿性生长,降低了氮素添加对生态系统碳排放的刺激作用。这表明,放牧压力的存在会抑制氮沉降对高寒草甸生态系统碳排放的促进作用,同时外源氮输入也会缓解放牧压力对高寒草甸生态系统生产的负面影响。     

高寒草甸退化对祁连山土壤微生物生物量和氮矿化速率的影响

为深入了解高寒草甸退化对草原生态系统中土壤微生物碳氮量、土壤氮矿化及土壤微生物相关酶的变化特征,以祁连山东缘4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化和极度退化)的高寒草甸为研究对象,采集了深度为0—10 cm的土壤样品,并对不同退化程度高寒草甸中植物因子、土壤理化性质、土壤氨化速率、土壤硝化速率、土壤净氮矿化速率以及转化氮素的相关酶和微生物进行了相关研究。结果表明:(1)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中氨化速率和净氮矿化速率逐渐降低,硝化速率逐渐升高;(2)高寒草甸的退化降低了有关氮素转化相关酶,如土壤蛋白酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶的活性,而β-乙酰葡糖胺糖苷酶的活性呈先下降后上升趋势,且在极度退化草地活性最高;(3)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中微生物生物量碳和氮的含量逐渐降低,同时土壤基础呼吸、土壤微生物熵和代谢熵的指数也呈下降趋势。RDA分析表明,高寒草甸中氨化速率和净氮矿化速率与微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤基础呼吸、植物高度、植被盖度、地上生物量、蛋白酶、脲酶以及亮氨酸氨基肽酶呈显著正相关,而硝化速率则表现为负相关性。因此,高寒草甸退化对土壤微生物特性以及氮素转化和...     

模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。